JP2012518107A - ターボ機械又はピストン機械用のマフラ - Google Patents

Abstract

ターボ機械又はピストン機械、特にスクリュー圧縮機用のマフラであって、ハウジング（１．１〜１．３）、前記ハウジングに取り付けられた少なくとも一つのディスク（３、４、５）を持つ配置ディスク、前記配置ディスクに取り付けられた、少なくとも一つの、ターボ機械又はピストン機械の流体を導くパイプ（２．１、２．２）を持つ配管、及び、前記ハウジング（１．２）の外面を少なくとも部分的にカバーする、形状安定性材料からできた振動減衰性ジャケット（９）、を有するマフラにおいて、前記配管と前記ハウジングとの間に少なくとも一つの弾性要素（３．３、４．３、６、７、８）が配置されている。

Description

本発明は、ターボ機械又はピストン機械、特にスクリュー圧縮機又はスクリューエクスパンダ用マフラ、及び、そのようなマフラの製造方法に関する。

ターボ機械又はピストン機械の運転の際にはしばしば振動が発生し、この振動はたとえば液内の圧力変動、機械又は同等物の周期的な励振により起こり、特に、望まれないノイズ発生につながる。ノイズの伝達及び排出を低減させるため、ターボ機械及びピストン機械、又はその段にマフラを前置及び／又は後置することが知られている。該マフラには液が貫流され、その際液内の圧力変動が通常は消散的に低減される。

実際の現場においてはこのために請求項１のおいて書きに記載のマフラが知られており、該マフラ内では、ハウジング内に収容された中央減衰接続要素の周囲を液が流れる。ノイズの伝達及び排出を低減させるためにこのハウジングの外面は砂のジャケットで覆われている。

本発明の課題は、ターボ機械又はピストン機械、特にスクリュー圧縮機用の、改善されたマフラを提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１のおいて書きに記載のマフラを、請求項１及び／又は請求項１１に記載の特徴により発展させる。請求項１３には本発明のマフラの製造方法が、従属請求項には好適な発展形が記載されている。

本発明は一方では、従来の砂のジャケットによる覆いでは重力のために砂が全体に均一に配置されるわけではないため、ハウジングの振動を最適に減衰させるものではないという認識に基づいている。そのため本発明の一つの態様においては、ハウジングとジャケットとが均一に接触するよう、形状安定性の材料からできた、振動減衰材料でハウジングの外面をカバーすることが提案される。形状安定性材料の使用により、該材料のハウジングへの取付けを好適に容易にすることができる。

またもう一方では、本発明は、従来の実際の現場でのように導入されるマフラ内の固体音が、運転において重要な周波数領域において大部分が内管を介して発生するため、ハウジングの外面に砂のジャケットを設けるという単独のハウジング防音では、音の伝達及び排出が最適に低減されないという認識を考慮している。そのため、形状安定性材料からできた前述のジャケットと特に好適に組み合わせることができる本発明のさらなる態様においては、配管とハウジングとの間に弾性要素を配置することが提案される。それにより配管が振動技術的に部分的に分離され、そのため特に固体音の伝達が低減される。

本発明のマフラは、ターボ機械又はピストン機械、特にコンプレッサ用のものであり、特に長所をもって適用されるのは、その作用メカニズムゆえに強力で周期的な励振にさらされるスクリュー圧縮機である。スクリュー圧縮機は、一つの部分又は、好適には複数の部分からなるハウジング、ターボ機械又はピストン機械の液、プロセスガスなど、液体又は同等物を流すための一つの又は好適には複数のパイプを持つ配管、一つの又は好適には複数のディスクを持つ配置ディスクを備えている。前記ディスクはたとえばボルト止めなどにより取外し可能に摩擦固定的に締め付けるか、又は、たとえば溶接などにより取外し不能にハウジングに取り付けられていて、配管のパイプを支えている。一つの又は複数のディスクは特に、少なくとも部分的に、たとえば一次成形や成形によりハウジングと一体に構成することもできる。

本発明の第１の態様によると、配管とハウジングとの間には、配管をハウジングに対して振動技術的に少なくとも部分的に分離するために、一つの又は複数の弾性要素が配置されている。望ましくは一つの又は複数の、好適にはすべての弾性要素が振動減衰的に構成されており、そのために、重要な振動数領域においては好適により高い減衰係数を有している。より高い減数係数とはたとえば、重要な振動数領域におけるマフラの周波数応答における十分に大きな振幅低減により特徴づけられる。弾性要素は特に、エラストマ、サーモプラスト（Thermoplast）又はデュロプラスト（Duroplast）、又はフランジ接続にも用いられるシール材料製とすることができる。

振動技術的に分離することにより、マフラの共振周波数及びマフラの周波数応答における振幅ピーク、つまり、励振の周波数にわたって励振に対する振動応答をずらすことができるため、音の伝達及び排出を低減することができる。振動減衰性要素により追加的に、振動エネルギーを分散させることができ、それにより音の伝達と排出をさらに低減させることができる。

好適な実施形態においては、配置ディスクの一つ又は複数、好適にはすべてが弾性要素を有している。そのためにたとえば、望ましくはほぼディスク形状の、弾性要素、たとえばポリスチロールなどのプラスチック、シール材料又はその他の粘性弾性材料、特にゴムからできた弾性要素が、ディスクの金属層に望ましくは取外し不能に、たとえば接着、加硫、又は吹きつけにより取り付けられる。特に好適にはそれぞれ２つの金属層が一つのディスク形状の弾性要素をサンドイッチ状にはさんでいる。

前記の望ましくは薄い金属層及び弾性要素により、ディスクは曲げ又は反り弾性的になり、それによりパイプがハウジングに対して分離される。さらに、ディスクの振動減衰性要素により、ディスクに取り付けられたパイプ内の振動エネルギー、及び、ディスクにぶつかる液内の振動エネルギーが分散される。

追加的又は代替的に、一つの又は複数の、好適にはすべてのディスクと配管との間に、弾性的で好適には振動減衰性要素を配置することができる。

望ましい実施形態において配管は配置ディスクに摩擦固定的に取り付けられており、その際配管のパイプはたとえば、ディスク内に形成されたボア内に押し込んだり、ディスクに取り付けられたスリーブをかぶせたりする。その場合パイプとディスクとの間の接触領域には、弾性のある、望ましくは振動減衰性要素、たとえばプラスチック、ゴム、又はその他の粘弾性の材料からできた要素を配置することができる。その上、そのような摩擦固定的な締め付け接続により、マフラの取付け・取外しを好適に簡単にすることができる。

望ましくは、配管のパイプの一つ又は複数、望ましくはすべては、貫流方向に対して横方向に複数の孔を有している。そのためにパイプはたとえば多孔板、ワイヤメッシュ又は同等物から製造することができる。これらの孔を通じて流れる流体により振動が低減され、さらに、マフラの熱力学的特性及び重量が改善される。

流体内の振動をさらに減衰させるために、配管のパイプ同士の間、また、いくつかのパイプ内に、たとえばミネラルウールなどの減衰材料を配置することができる。

パイプの直径は、望ましくは、マフラ内のクロスモード低減が可能になるほど小さくされる。そのためには、特にパイプの水力直径Ｄ、円周率π、ターボ機械又はピストン機械の排出周波数ｆ_Ａの積は好適には、ターボ機械又はピストン機械の流体の音速の最高でも２倍、特に、最高でも１．８倍となり、以下の式が成り立つ。

マフラの十分な全体断面をも実現するために、好適な実施例においては、複数の、特に少なくとも３本のパイプが、ハウジングの円周にわたって望ましくは等間隔で配置された状態でハウジング内に収容されている。

先述の第１の態様と組み合わせることができる、本発明の第２の態様によると、ハウジングの外面は、形状安定性の材料からできた振動減衰性ジャケットで全体的に又は部分的にカバーされる。このジャケットにより一方では、その質量により、マフラの共振周波数及びマフラの周波数応答における振幅ピークがずらされ、他方では、高周波数の振動が特に低減される。その際、砂のジャケットとは異なり、形状安定性材料によりハウジングとの接触、及び、それによりハウジングとの振動技術的な連結が改善される。さらに、形状安定性材料はより良い減衰特性を有することが示された。

形状安定性材料のさらなる長所は、砂とは異なり、ハウジングへの配置がより良く行えることにある。そのためにこの材料は望ましくは液状又は粘性のある状態でハウジングに付着させることができ、その際はたとえばスプレーしたり、又は、形状安定性材料の入った槽にハウジングを漬け、ハウジングにたとえば自然に付着、又は、加熱により付着、又は空気との反応で付着、又は架橋剤添加により付着させて硬化させる。

望ましくは、前記の形状安定性材料は接着性であり、つまり、他の表面に接着する。それによりハウジングとの接触が改善され、それによりハウジングとの振動技術的な連結がさらに改善され、ハウジングへの取付けが簡単になる。

形状安定性及び接着性を持つ材料で、同様に良好な減衰特性を有し、かつ取り扱いやすい材料として特に適しているのはファイバーセメントモルタル又はプラスチック、特にポリウレタンであることが示された。

本発明の一つの実施例によるマフラの縦断面図の上半分の図である。

さらなる長所及び特徴は、従属請求項及び実施例から理解できる。以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳細に説明する。

図１には、本発明の一つの実施例によるマフラの縦断面図の上半分の図が示されている。該マフラは３つの部分からなるハウジングを有しており、該ハウジングは貫流方向において上流にハウジング前方部分１．１、該ハウジング前方部分１．１に、図１において一点鎖線で示されたようにフランジを介してボルト止めされた中間部分１．２、下流にあるハウジング後方部分１．３を有しており、該ハウジング後方部分１．３は前記ハウジング前方部分１．１にほぼ対称的に構成されており、また、同様にフランジを介して中間部分１．２にボルト止めされている。

ハウジング前方部分１．１及び中間部分１．２のフランジの間、ならびに、中間部分１．２及びハウジング後方部分１．３のフランジの間には、それぞれ一つの、配置ディスクのディスク３又は４が摩擦結合的に締め付けられている。これらのディスクは３つの部分で構成されており、それぞれ弾性ディスク３．３又は４．３を有していて、これら弾性ディスク３．３又は４．３が金属層３．１、３．２の間に又は４．１、４．２の間にサンドイッチ状にはさまれて、これらに接続している。弾性ディスク３．３、４．３はポリスチロール製で、金属層３．１、３．２又は４．１、４．２に接着されている。

ディスク３、４には、ハウジングの内周上に等間隔に配置された３つのボアが設けられており、これらのボアにスリーブ３．４又は４．４がはめこまれている。これらのスリーブの内周には一つの出っ張り部が設けられており、外周はディスク３又は４に溶接されており、図１では当該分野における通例どおり塗りつぶした三角で示されている。

ハウジング１のほぼ中央には、さらに一つの、１つの部分からなるディスク５が溶接されており、該ディスク５はディスク３、４のボアと一直線に並ぶボアを有しており、これらのボアには同様にスリーブ５．１が差し込まれており、スリーブ５．１の内周には中央に、中に向かって突き出している出っ張り部があり、スリーブ５．１はディスク５に溶接されている。このディスクによりマフラの剛性が高まり、特に振動に対抗するように作用する。

互いに一直線上に並ぶパイプ対が平行に３対あって、図１の上部縦断面図には、そのうち１対のパイプ２．１、２．２のみが図示されている。これら平行な３対のパイプは、その前面がそれぞれスリーブ３．４、５．１、又は、５．１、４．４に摩擦固定的に挿入されており、これらスリーブによる締め付けによりハウジング１内に保持されており、それにより、たとえば熱による、ハウジング１及びパイプ２の異なる長さ変化を調整することが好適に可能となっている。このときスリーブ内周とパイプ外周との間にはそれぞれ、ゴムリング又はプラスチックリング６、７、８の形で粘弾性要素が配置されている。パイプ２．１、２．２は多孔板から作られている。

中間部分１．２の外周面のほぼ全体に、ファイバーセメントモルタル又はポリウレタン製の形状安定性ジャケット９が取り付けられている。

マフラは、以下のことにより、たとえばスクリュー圧縮機（図示されず）によりマフラ内に送り込まれる液の液内の圧力脈動を減衰させ、さらに、固体音の伝達及び排出を効果的に低下させることができる；
― 有孔のパイプ２．１、２．２を貫流させることによる液内の圧力脈動の減衰、
― ハウジング１内においてパイプ２．１、２．２を、粘弾性中間層３．３、４．３を持つディスク３、４に取付けること、及び、粘弾性スリーブ６、７、８を介してディスク３、４、５に摩擦固定的に取付けることにより、パイプ２．１、２．２はハウジング１に対して振動技術的にほぼ分離され、その際、伝達された振動、特に固体音は、追加的に粘弾性要素３．３、４．３、６、７、８の変形仕事により分散されること、
― 無エコー性板として作用するディスク３、４による液内振動の減衰、及び、
― 形状安定性ジャケット９によるハウジング１内の振動のさらなる減衰。

前述の複数の手段は好適に相互作用する。同様にこれらの手段のうちの一つの手段でも好適なノイズ低減を達成することができる。たとえば、図示されていない変形例においてパイプ２．１、２．２はスリーブ３．４、４．４、５．１に直接的に、つまり粘弾性スリーブ６〜８を介在させずに差し込むことができ、そのことはマフラの耐久性、及び、取付け又は取外しを好適に改善することができる。追加的又は代替的に、形状安定性材料製のジャケット９を使用しないことも、又は、振動技術的に分離された内管を持たないその他の既知のマフラにおいて形状安定性材料製のジャケット９を使用することもできる。

１．１〜１．３ ハウジングの部分、３ ディスク、３．１，３．２ 金属層、３．３ 弾性要素、３．４ スリーブ、４ ディスク、４．１，４．２ 金属層、４．３ 弾性要素、４．４ スリーブ、５ ディスク、５．１ スリーブ、６〜８ 弾性要素、９ ジャケット

Claims (14)

1. ターボ機械又はピストン機械、特にスクリュー圧縮機用のマフラであって、
   ハウジング（１．１〜１．３）と、
   前記ハウジングに取り付けられた少なくとも一つのディスク（３、４、５）を持つ配置ディスクと、
   前記配置ディスクに取り付けられた、少なくとも一つの、ターボ機械又はピストン機械の流体を導くパイプ（２．１、２．２）を持つ配管と、を有するマフラにおいて、
   前記配管と前記ハウジングとの間には、少なくとも一つの弾性要素（３．３、４．３、６、７、８）が配置されており、前記配管を振動技術的に少なくとも部分的に前記ハウジングから分離するために、弾性要素が振動減衰的に構成されていることを特徴とするマフラ。
2. 弾性要素が振動減衰的に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマフラ。
3. 前記配置ディスクの一つのディスク（３、４）が一つの弾性要素（３．３、４．３）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマフラ。
4. 前記配置ディスクの一つのディスク（３、４）が少なくとも一つの金属層（３．１、３．２、４．１、４．２）及びそこに取り付けられた一つの弾性要素（３．３、４．３）を有することを特徴とする、請求項３に記載のマフラ。
5. 前記配置ディスクと前記配管との間に一つの弾性要素（６、７、８）が配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のマフラ。
6. 前記配管が前記配置ディスクに摩擦固定的に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のマフラ。
7. 前記配置ディスクが、前記配管の一つのパイプ（２．１、２．２）を収容する一つのスリーブ（３．４、４．４、５．１）を有することを特徴とする、請求項６に記載のマフラ。
8. 前記配管のパイプは、貫流方向に対して横方向に複数の孔を有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のマフラ。
9. 前記配管の中及び／又は外に減衰材料が配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のマフラ。
10. 前記配管の一つのパイプの円周（Ｄπ）と前記ターボ機械又はピストン機械の排出周波数（ｆ_Ａ）との積が、ターボ機械又はピストン機械の流体の音速（ｃ）の最大でも２倍、特に最大でも１．８倍である（Ｄ＜１．８ｃ／（ｆ_Ａπ）＜２ｃ／ｆ_Ａπ）ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のマフラ。
11. ターボ機械又はピストン機械、特にスクリュー圧縮機用のマフラ、特に請求項１から１０のいずれか一項に記載のマフラであって、
    ハウジング（１．１〜１．３）と、
    前記ハウジングに取り付けられた少なくとも一つのディスク（３、４、５）を持つ配置ディスクと、
    前記配置ディスクに取り付けられた、少なくとも一つの、ターボ機械又はピストン機械の流体を導くパイプ（２．１、２．２）を持つ配管と、を有するマフラにおいて、
    前記ハウジング（１．２）の外面が、形状安定性材料からできた振動減衰性ジャケット（９）により少なくとも部分的にカバーされていることを特徴とするマフラ。
12. 前記形状安定性材料がファイバーセメントモルタル又はプラスチックであることを特徴とする、請求項１１に記載のマフラ。
13. 請求項１１又は１２に記載のマフラを製造する方法であって、前記形状安定性材料が、流体の状態で前記ハウジングに塗布されてそこで硬化することを特徴とする、方法。
14. ターボ機械又はピストン機械、特にコンプレッサ用のマフラを製造するために、形状安定性かつ接着性の材料、特に、ファイバーセメントモルタル及び／又はプラスチックの材料を使用する。

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